2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of impact deformation / fracture mechanism of ice and development of multi-scale ice-breaking technology
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17H03152
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
山田 浩之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (80582907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 永久 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (60262408)
小林 秀敏 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10205479)
谷垣 健一 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (40631875)
松沢 孝俊 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00443242)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 氷 / インデンテーション / 打撃 / 準静的 / 圧子形状 / 低温チャンバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，未だ明らかになっていない氷の衝撃変形・破壊挙動を明らかにし，様々なサイズの氷を破砕する技術を確立することである。最終年度となる令和元年度は，前年度に完成させた低温チャンバーを駆使して，引き続き，打撃試験（打撃インデンテーション）とハイスピードカメラによる氷の変形および破壊の可視化を行い，新たに準静的速度におけるインデンテーション（万能試験装置と低温チャンバーを組み合わせ）の結果と比較することで，氷の破壊メカニズムの検討を行った。
準静的インデンテーションと打撃インデンテーションを比較すると，速度が大きくなると変形・破壊エネルギーは小さくなり，氷を容易に破壊できることが明らかになった。また，圧子形状を円錐と球の2種類用意し，それぞれ角度や直径を数種類変化させて打撃および準静的インデンテーションを行った。その結果，円錐圧子と球圧子を比較すると，球圧子の方が少ない変位量で広範囲の変形場を形成できることがわかった。そのため，球圧子の方が早期に破壊が生じ，氷の変形・破壊に必要なエネルギーは小さくなることが示唆された。これは，圧子形状や速度を変化させたインデンテーションにより，氷の変形および破壊特性には内部の変形場が大きく影響することがメカニズムと考えられる。
これらの結果を総合すると，スプーンの裏で打撃することで簡便に氷が破壊される現象を説明することが可能となった。よって，球圧子（平面でなく曲率を持ったもの）で打撃することで，様々なスケールの氷の破砕に展開できる可能性が示唆された。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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